植物的耐洪能力可调控

植物是如何感觉低氧水平,从而采取“自救”措施从洪灾中存活下来的?这种分子机制是否可调控?最新研究发现,植物的这种耐洪能力分子机制是可以调控的.这个发现可能会使科学家们研制出产量更高、更耐洪灾的农作物. 这种名为“感氧蛋白转换”的分子机制能够控制关键调节蛋白(即转录因子,能打开和关闭其他基因):氧气水平正常时,这些蛋白会变得不稳定,遭到破坏;氧气水平降低时,这些蛋白会变得稳定.这种稳定性会导致植物的基因表达和新陈代谢机制出现变异,提高其在洪水导致的低氧环境下的存活概率.     

耐辐射球菌不存在经典的SOS反应

LexA和RecA在大肠杆菌经典的SOS反应过程中起关键作用。LexA作为一个转录抑制因子控制着包括RecA在内的许多基因的DNA损伤后的诱导表达。以前的研究表明，耐辐射球菌中单独LexA1和LexA2都不参与RecA的诱导表达。在本次研究中，我们构建了耐辐射球菌lexA1和lexA2基因的双突变。研究结果显示，与野生型和两个单突变体相比较，lexA1和lexA2基因双突变明显降低了耐辐射球菌的生长速度，而且增加了耐辐射球菌对紫外线辐照和过氧化氢氧化胁迫的抗性。在正常生长情况下，双突变并没有使耐辐射球菌细胞内RecA本底表达量明显上升，而是和野生型和两个单突变体中的RecA蛋白水平一致。这表明LexA1和LexA2一起也不参与对RecA蛋白诱导表达的调控。进一步的DNA芯片数据显示，LexA1和LexA2一起参与了包括细胞分裂、蛋白合成、抗氧化和转录调控等许多分子机制的调控过程。以上实验结果表明，耐辐射球菌并不具有经典的SOS反应，它应该利用一种新的分子机制来调控DNA损伤诱导蛋白的诱导表达过程。     

RNA化学修饰m6A在植物中的研究进展

N~6-甲基腺嘌呤(N~6-methyladenosine,m~6A)是真核生物mRNA中丰度最高的甲基化修饰形式.m~6A修饰是由m~6A甲基转移酶复合物催化形成,并由去甲基化酶脱去甲基修饰,而m~6A修饰的生物学功能则是由结合蛋白进行调控.随着m~6A检测和测序技术的发展,多种m~6A修饰相关蛋白在植物中鉴定出来,其调控的生物学功能越来越受到人们的关注.本文针对植物m~6A修饰相关调控蛋白及其功能、m~6A修饰位置分布及基序特征和m~6A调控的分子机制综述研究进展,展望m~6A在植物中的研究重点和方向.     

干旱胁迫下植物体内活性氧的作用机制

环境胁迫是农业生产中面临的主要问题之一,其中干旱胁迫对植物的生长发育、农作物减产及环境恶化具有重要影响.面对自然环境危害,植物在形态学、生理学、生物化学、细胞和分子水平等方面已进化形成了一系列的适应性,如植物的避逆性、耐逆性及抗逆性等.因此,了解干旱胁迫对植物的影响以及植物对干旱信号的感知、传递和应答对解决和提高作物产量具有重要的意义.活性氧(ROS)作为植物有氧代谢的副产物,在植物的生长发育过程中发挥着双重的调节作用.正常环境条件下,植物细胞中ROS的产生和清除处于动态平衡,当植物遭遇干旱胁迫刺激后这种平衡被破坏,导致植物体内ROS的产生和代谢发生紊乱, ROS介导的氧化应激能够引起生物膜过氧化、细胞核受损、光合作用受阻、呼吸作用异常等多种有害的细胞学效应.另外, ROS作为重要的信号分子,与其他信号分子,如CaM, G蛋白, MAKP, miRNA及NO之间相互作用共同构成植物体庞大而复杂的信号网络,在植物的生长发育、生理生化反应、细胞程序性死亡(PCD)、激素代谢以及生物胁迫和非生物胁迫应答等方面起着重要的调控作用.此外,植物为防止ROS的过度积累导致的氧化应激对细胞造成氧化损伤,植物细胞已经进化出多种抗氧化机制,如酶促系统和非酶促系统,以清除ROS过度积累所带来的毒害.本文综述了干旱胁迫对植物生长发育、形态结构和生理生化等方面的影响以及植物对干旱胁迫应答之间的相互关系,系统地介绍了干旱胁迫下ROS的类型、产生部位及作用机制,讨论了ROS作为第二信使与其他信号分子之间可能存在的信号网络,旨在进一步为植物体内ROS的作用机制以及如何提高植物抗逆性研究提供理论依据.     

细胞骨架和高等植物的向重力性

地球上的生物,在漫长的进化过程中,逐渐适应了地球上普遍存在的重力场环境,并利用重力场作为调控生长发育的一个重要环境因子。人们对植物向重力性反应的研究已经有一个多世纪,但是它的细胞学与分子生物学机制至今仍然不清楚。细胞骨架被认为在调控向重力性反应的早期的信号感受和传导的过程中起着重要的作用。大量的研究证据表明,微丝在生长素极性运输中起调控作用,并最终引起植物表现出向重力性的不对称生长。在植物向重力性生长过程中微管排列发生重组,但是微管重组在调控不对称生长中的作用仍不清楚。当前的细胞、分子和生物化学技术的发展为研究这一困难问题提供了可能,同时大量的最新发现的植物细胞骨架结合蛋白为我们分析植物向重力性过程中信号传导的调控因子提供了丰富的信息。本文着重介绍植物细胞骨架的功能及其在植物向重力性反应在作用,以及空间植物生物学研究的最新进展。     

血细胞生成素的分子进化与造血细胞发育的相关性研究

发育与进化是生物界两个基本的生命活动。早在19世纪70年代,Haeckel发现了著名的生物发生律,即在形态上个体发育重现种系发生。一个多世纪以后,人们对进化与发育的分子机制有了较深入的认识,但从分子水平上认识发育与进化的相互关系仍知之甚少。 在组织、器官中,造血系统的发育调控机制在分子水平上了解较为详细。本文试图通过分析6种血细胞生成素(hematopoietin)的分子进化,并与各自调控的细胞发育阶段作平行比较,探讨发育与进化在分子水平上的相互关系。     

红树植物的盐适应性及其进化的研究进展

植物对环境的适应是进化生物学研究的重要内容. 红树植物是生长并适应于高盐的海岸潮间带环境的木本植物类群. 不同红树植物物种的耐盐水平不尽相同; 即使是同属的近缘物种也可能具有不同耐盐能力而生长于潮间带的不同位置; 部分物种具有可以在陆地和潮间带生长的不同的生态型. 这些特殊性状使红树植物成为研究植物对高盐环境适应和进化的良好生态模型. 本文简述了红树植物在形态结构和生理生态等方面的盐适应性特征, 并着重综述了最近几年来在基因和基因组水平上对红树植物的研究成果. 这些最新的研究成果不但证实了生理生态方面的研究结论, 更重要的是揭示了红树植物一些独特的基因表达模式并暗示了这些模式对红树植物的盐适应性进化的贡献; 通过整合以上研究成果, 并对不同红树植物和非耐盐植物进行比较, 初步揭示了红树植物盐适应性的主要特征, 为进一步研究红树植物适应性进化的分子机制提供了新的切入点.     

突触骨架重塑调控吗啡戒断负性记忆的分子机制进展简

成瘾性药物戒断所产生的负性情绪记忆被认为是导致强迫性用药的主要原因. 戒断会引起相关脑区发生诸如突触传递和神经结构可塑性等适应性变化,这种适应性变化最终会引起病理性记忆的形成. 研究表明,肌动蛋白actin骨架重塑与突触可塑性以及记忆的形成关系密切,然而对其调控记忆的分子机制知之甚少. 最近,本研究小组围绕吗啡戒断负性情绪记忆的形成机制展开研究,在整体水平上阐述了突触骨架actin及其一系列下游信号参与调控吗啡戒断负性记忆的分子机制. 本文将讨论近年来突触结构可塑性参与调控成瘾性药物负性记忆形成的最新进展,着重探讨阿片类物质成瘾负性动机的形成机制,有助于深入了解成瘾形成的分子机制,为成瘾的研究和治疗提供新思路.     

突触骨架重塑调控吗啡戒断负性记忆的分子机制进展

成瘾性药物戒断所产生的负性情绪记忆被认为是导致强迫性用药的主要原因.戒断会引起相关脑区发生诸如突触传递和神经结构可塑性等适应性变化,这种适应性变化最终会引起病理性记忆的形成.研究表明,肌动蛋白actin骨架重塑与突触可塑性以及记忆的形成关系密切,然而对其调控记忆的分子机制知之甚少.最近,本研究小组围绕吗啡戒断负性情绪记忆的形成机制展开研究,在整体水平上阐述了突触骨架actin及其一系列下游信号参与调控吗啡戒断负性记忆的分子机制.本文将讨论近年来突触结构可塑性参与调控成瘾性药物负性记忆形成的最新进展,着重探讨阿片类物质成瘾负性动机的形成机制,有助于深入了解成瘾形成的分子机制,为成瘾的研究和治疗提供新思路.     

染色体分离的分子机理

染色体分离是有丝分裂和减数分裂的关键事件, 是保证姊妹(同源)染色体正确分配到子细胞中关键的调控环节之一. 近年来, 利用酵母等真核模式生物突变体, 研究人员克隆了一些调控细胞分裂早期姊妹染色体黏着和后期黏着素酶解的关键基因, 初步阐明了染色体分离的分子调控机理. 由多亚基蛋白组成的黏着素是保证染色体正确黏着和分离的关键分子. 在细胞分裂中后期过渡时, 经过一系列的分子识别和互作导致黏着素蛋白选择性地降解, 使染色体分离. 本文在详细地讨论了参与有丝分裂染色体分离调节的关键蛋白质及其作用机制的基础上, 简单介绍了有丝分裂和减数分裂染色体分离过程中分子调节的差异, 并分析了染色体分离分子机制研究中尚待解决的关键问题.     

植物重要膜蛋白的扩散与胞吞机制

膜蛋白作为细胞膜的重要组成部分,通常会发生胞吞循环以调控其在细胞膜上的数量平衡,或响应外界环境的刺激.单分子成像技术是近年来发展起来的,可用于在活细胞条件下对单个分子进行观测和研究的新技术,具有较高的时空分辨率,实现了在纳米和微秒水平上对单个分子的快速实时成像和精确分析.本文结合作者所在实验室取得的研究成果,介绍了利用单分子技术,包括全内反射荧光显微术、荧光相关光谱、荧光互相关光谱分析等方法,对植物几种重要膜蛋白在质膜上的运动特征以及胞吞途径的研究工作,总结了植物中脂筏微区分布及脂筏参与的胞吞途径对膜蛋白功能的调控机制,展望了植物质膜微区的精确划分以及膜蛋白胞吞之后的去向等方面所面临的难题.     

玉米粉质胚乳突变体的研究进展

玉米是世界上重要的粮食作物,也是植物分子遗传研究的重要模式。通过对玉米的长期研究积累了大量的遗传突变体,其中有一类籽粒突变体被称为粉质（opaque 或floury）胚乳突变体,表现为籽粒硬度和透明度下降。同时,这类突变体中的opaque2 等,被发现能够显著改善玉米籽粒的蛋白营养水平,使得粉质胚乳突变体受到了很大的关注。早年只有少数的粉质胚乳突变体基因被克隆和研究,如opaque2 和floury2 等,被发现与玉米主要的储藏蛋白转录和合成有关。近年来,随着科学技术和研究能力的提高,更多的opaque突变体基因,如opaque1、opaque5、opaque7 等,被克隆和研究,为我们揭示了玉米籽粒中储藏物质的合成、转运等更深入的调控机制,拓展了我们对玉米胚乳发育和代谢的知识。     

植物激素调控研究进展

近年来, 随着大量植物激素合成与信号途径突变体的分离鉴定及其相应基因的克隆, 人们对植物激素的合成、运输、信号转导和降解及其在植物生长中的作用开始有了比较深入的了解. 植物激素研究在激素受体分离鉴定、激素间相互作用以及激素调控植物生长发育的分子机理等方面取得了一系列突破性进展. 全面深入地了解这些调控途径及其分子机制将帮助人们更好地理解激素如何在植物生长发育中发挥作用. 本文综述了植物激素调控领域在这些方面取得的最新研究进展.     

拟南芥液泡膜水孔蛋白的互作蛋白AtSM34 参与种子萌发的渗透胁迫响应

水孔蛋白(aquaporin, AQP)广泛参与植物的各种生理活动, 但还有许多调控机制未被发现. 为进一步对其调控因子进行研究, 运用酵母双杂交筛选拟南芥液泡膜水孔蛋白TIP1;1(tonoplast intrinsic protein, TIP)的互作子, 这是拟南芥中第一个被发现的液泡膜上具有高度水转运活性的蛋白. 以AtTIP1;1 为诱饵, 筛选得到一个新的TIPs 结合蛋白, 并在酵母和植物细胞中验证了这种结合. 该蛋白被命名为AtSM34, 编码一个含309 个氨基酸的多肽, 预测分子量为34 kD, 具有1 个单独的MYB/SANT 样结构域. AtSM34 启动子融合GUS 组织化学染色分析显示, 其表达主要位于花、茎和叶中, 尤其是维管束组织, 并且响应渗透胁迫. AtSM34 定位于内质网, 截断分析显示其N 端(1~83 位氨基酸)对于其定位至关重要. 过表达AtSM34 导致转基因植物对外源甘露醇、山梨醇及脱落酸更加敏感, 表现为萌发延迟. 进一步研究发现,AtSM34 也可与AtTIP1;2 和AtTIP2;1 结合, 这2 个TIP 蛋白对液泡渗透调节发挥着重要作用,并在种子萌发阶段大量表达. 这暗示着AtSM34 可能通过影响水孔蛋白基因的表达, 参与种子萌发早期阶段的渗透胁迫响应.     

杰弗里·霍尔:揭秘生命昼作夜息的规律

正有人日出而作,日落而息;有人习惯白天睡觉,晚上精神抖擞,这种规律是怎么形成的?生物钟到底存不存在,又是什么原理?2017年的诺贝尔生理学或医学奖为我们揭晓了答案—三位美国科学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什、迈克尔·扬因发现了控制昼夜节律的分子机制而获得此奖。那他们是如何发现这种奇妙生物规律的呢?今天,笔者将为大家介绍其中的一位科学家—杰弗里·霍尔。     

miR156介导的高等植物年龄途径研究进展

自然界生命体的生长发育和形态建成都与"年龄"密不可分."年龄"是一个不可逆的过程,所有生物都将经历幼年期到成年期,最终走向衰老和死亡.在植物体内,一个小分子RNA,miR156控制了幼年期到成年期的转化,它是目前唯一已知的年龄分子标记.miR156的表达量随着年龄的增长而逐渐减少,调控了植物生长发育和环境应答等多个过程.本文综述了植物体内miR156介导的年龄途径的最新研究进展,以及年龄调控miR156表达的分子机制.     

光对高等植物基因表达的调控作用

光是高等植物生长发育及其分化过程中的一个极为重要的环境因子。除利用光能来转化和贮藏能量的光合作用这一高能反应外,植物对光的另一个低能反应——光形态建成反应已日益受到研究者们的重视。植物的光形态建成反应实质上是受光调控的植物的生长、发育和分化的过程。这个过程中,光的几个参数都很重要,它们是:光谱质量(光质)、光照度(光强)、光照频率(单位时间的照光次数)和持续时间、以及光照的空间对称性与非对称性。从40年代发现光敏色素至今,人们对于植物对光的反应的研究已分别从植株、器官、组织、细胞及分子水平进行了大量的工作。去年10月在日本召开的第16届国际植物学会议,专门讨论了植物光敏色素及植物的光形态建成,会议的论文几乎都是从分子水平上进行的,特别是其中有相当数量的报道是关于高等植物的基因表达受光调控方面的研究成果,表明植物光生物学的研究益已进入分子生物学时代。     

质谱技术探索蛋白磷酸化信号机制的研究进展

蛋白质磷酸化信号网络在植物生长发育和抵御外界环境变化过程中起重要调控作用,解析这些复杂的信号通路及其作用机理一直是生物学研究领域的重点和难点.近年来,已经发展多种方法用于分析蛋白磷酸化的动态变化和功能机理.本文总结了研究植物蛋白磷酸化信号网络的不同方法和最新进展:首先概述磷酸化蛋白的富集纯化技术和检测方法,评价每种方法的优缺点;其次重点讨论研究磷酸化蛋白质组学和互作组学的不同质谱方法和这些方法在植物生物学领域的研究进展,并结合案例分析其应用范围.此外,还归纳和探讨这些技术的不同特性以及在蛋白磷酸化研究中的优势,并对这方面的研究热点作了展望,为深入研究蛋白磷酸化修饰在植物生物学中的分子机制提供重要的指导作用.     

ftsZ基因与质体的分裂

质体是植物细胞中一类重要的细胞器, 其正常分裂过程与植物细胞的分化和发育密切相关. 人们对于质体分裂的早期研究主要集中于质体分裂过程的形态学观察和对某些突变体材料的遗传学分析, 而对于控制质体分裂的分子基础尚无明晰的认识. 近年来, 随着原核细胞分裂基因类似物在植物中的发现以及对质体进化祖先原核生物细胞分裂机制的解析, 极大地促进了人们对质体分裂机制的认识. 通过对分裂相关基因的功能研究, 人们认为作为内共生产物的质体可能与其原核祖先具有相似的分裂机制, 特别是对在分裂过程中发挥关键作用的ftsZ基因功能的深入研究为人们从分子水平上认识质体分裂的机制奠定了坚实的基础. 本文对质体分裂的研究历史进行了简单的回顾, 并对近来质体分裂分子机制的研究进展做一简要评述.     

ftsZ基因与质体的分裂

质体是植物细胞中一类重要的细胞器, 其正常分裂过程与植物细胞的分化和发育密切相关. 人们对于质体分裂的早期研究主要集中于质体分裂过程的形态学观察和对某些突变体材料的遗传学分析, 而对于控制质体分裂的分子基础尚无明晰的认识. 近年来, 随着原核细胞分裂基因类似物在植物中的发现以及对质体进化祖先原核生物细胞分裂机制的解析, 极大地促进了人们对质体分裂机制的认识. 通过对分裂相关基因的功能研究, 人们认为作为内共生产物的质体可能与其原核祖先具有相似的分裂机制, 特别是对在分裂过程中发挥关键作用的ftsZ基因功能的深入研究为人们从分子水平上认识质体分裂的机制奠定了坚实的基础. 本文对质体分裂的研究历史进行了简单的回顾, 并对近来质体分裂分子机制的研究进展做一简要评述.